Descripción de trabajo, la energía y potencia.

1. Trabajo, energía y
potencia.
INGENIERÍA PETROLERA 3 E. 20 DE MAYO DEL 2014.

2. Trabajo
 El trabajo es una magnitud física escalar que se representa
con la letra W. y se expresa en unidades de energía, esto es
julios o joules (J). En el sistema internacional de unidades.
 Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una
transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse
que el trabajo es energía en movimiento

3. Trabajo
 Es la fuerza (F) que actúa en dirección al movimiento, multiplicado por la
distancia que recorre un cuerpo o dicho en otras palabras es: el trabajo es
la fuerza por el desplazamiento.
 𝑊 = 𝐹 × 𝑑
Donde:
W = Trabajo en joule.
F = Fuerza en la dirección del
movimiento en newton.
d = Distancia recorrida en metros.

4. Trabajo
1.- Debe de haber una fuerza aplicada
2.- La fuerza debe de actuar a través de cierta distancia, llamada
desplazamiento.
3.- La fuerza debe de tener una componente a lo largo del desplazamiento.
Si tomamos en cuenta que la fuerza (F), es igual a la masa (m) por la
aceleración (a). Y si sustituimos a la fuerza por sus componentes:
F = m . a
Esto a su vez
es:
W = m. a. d
W = F . d

5. Problema de Trabajo
 Una fuerza de 20 Newton se aplica a un cuerpo que está apoyado sobre
una superficie horizontal y lo mueve 2 metros. El ángulo de la fuerza es de
0 grado con respecto a la horizontal. Calcular el trabajo realizado por dicha
fuerza.
 𝑇 = 𝐹 𝑥 𝑑
 𝑇 = 20𝑁 𝑥 2 𝑚 = 40𝑁𝑚 = 40𝐽
 Cuando la distancia se mide en metros y la fuerza en Newton, el trabajo se
mide en joule.

6. Trabajo
 La magnitud de la fuerza se puede expresar por trigonometría, y el trabajo
puede expresarse en términos del ángulo 𝜃 formado entre F y 𝑥.
 Trabajo = (F cos 𝜃) 𝑑
 Un ejemplo de esta situación es jalar un objeto con una cuerda, aquí
aplicamos un trabajo a un objeto pero formando un ángulo al jalar la
cuerda.

7. Problema de Trabajo
 El baúl de la figura es arrastrado en una distancia horizontal de 24 m por
una cuerda que forma un ángulo de 60º con el piso. Si la tensión en la
cuerda es de 8 N, ¿Cuál es el trabajo realizado por la cuerda?
 La fuerza no está en dirección al desplazamiento, pero tiene una
componente en x que es igual al coseno del ángulo.
 𝐹 = 𝐹 𝑥 𝑑 𝑥 cos 𝜃
 𝐹 = 8𝑁 𝑥 24𝑚 𝑥 cos 60 = 8𝑁𝑥24𝑚 .5
 𝐹 = 96 𝐽.

8. Energía
 La energía puede considerarse algo que es posible convertir en trabajo.
Cuando decimos que un objeto tiene energía, significa que es capaz de
ejercer una fuerza sobre un objeto para realizar un trabajo sobre él.
 Las unidades de energía son las mismas que las del trabajo: joule y libre-
pie.
 En este momento nos interesan: Energía cinética y Energía potencial.

9. Energía Cinética
 La energía en movimiento llamada energía cinética de un cuerpo que
posee masa y velocidad o dicho de otro modo es la habilidad que posee
un cuerpo para realizar un trabajo en movimiento.
 Un ejemplo de la energía cinética: la energía que hay en un auto que
acelera , en un cohete espacial o en una pelota al rebotar.

10. Energía Cinética
 La ecuación de la energía cinética es:
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 =
1
2
𝑚𝑣2
 Aquí vemos un cuerpo en movimiento, el cual
sabemos que lleva una velocidad y tiene una masa.
Donde:
E.C. = Energía cinética(J).
m = La masa (Kg)
v = La velocidad (m/s).

11. Problema Energía Cinética
 ¿Cuál es la energía cinética de un automóvil de 1000kg que viaja a 15 m/s?
 𝐸𝐶 =
1
2
𝑚𝑣2
 𝑚 = 1000𝑘𝑔; 𝑣 = 15𝑚/𝑠
 𝐸𝐶 =
1
2
1000𝑘𝑔 (15𝑚/𝑠)2
 𝐸𝐶 = 500𝑘𝑔 (225𝑚/𝑠)2= 112,500 𝑘𝑔
𝑚2
𝑠2 = 112.5 × 103 𝐽

12. Energía Potencial
 La energía potencial es aquella que tiene un cuerpo debido a su posición
en un determinado momento. Por ejemplo un cuerpo que se encuentra a
una cierta altura puede caer y provocar un trabajo.

13. Energía Potencial
 La ecuación de la energía cinética es:
 𝐸𝑃 = 𝑚𝑔ℎ
Donde:
EP = Energía potencial.
m = La masa (Kg)
h = La altura en metros (m).
g = La gravedad (9.8 m/s2)

14. Problema Energía Potencial
 ¿Cuál es la energía potencial de una persona de 50 kg en un rascacielos si
está a 480 m sobre la calle?
 𝑚 = 50𝑘𝑔; ℎ = 480𝑚 ; 𝑔 = (
9.81𝑚
𝑠2 )
 𝐸𝑃 = 𝑚𝑔h = 50kg
9.81m
𝑠2 480𝑚
 𝐸𝑃 = 235,440 𝐽 = 235.44 × 103
𝐽

15. Potencia
 Potencia es la razón de cambio de con la que se realiza un trabajo.
P= potencia
tiempo
 La unidad del SI para la potencia es el joule por segundo, y se denomina watt
(W). Por tanto, un foco de 80 W consume energía a razón de 80 J/s
 1 W= 1J/s
 En unidades del SUEU, se utiliza la libra-pie por segundo (ft*lb/s) y no se da
ningún nombre en particular a esta unidad.
 Un caballo de fuerza es trabajo realizado a la tasa de 550 ft lb/s. (1 hp = 550
ft lb/s

16.  Un ejemplo de potencia :
 si corremos con un bulto de 5 kilos por una escalera de 3 metros de altura
y llegamos arriba en 6 segundos o llegamos sin prisa en 30 segundos;
aunque resultará mas cansado hacerlo corriendo. En ambos casos el trabajo
efectuado para subir el bulto es el mismo , solo cambia el tiempo empleado
y la relación de tiempo y trabajo efectuado se le conoce como potencia.